第八章 合金钢第一节 合金元素在钢中的作用
一、与 Fe和 C的作用
1,合金元素与 Fe的作用第八章 合金钢第一节 合金元素在钢中的作用
一、与 Fe和 C的作用
1．合金元素与 Fe的作用
大多数合金元素能溶入铁索体,形成合金铁素体,产生固溶强化,使铁素体的强度,硬度提高 。
2,元素与 C的作用
非碳化物形成元素溶入铁中形成固溶体,如 Ni,Co,Cu、
Al,Si等 ;
碳化物形成元素在钢中与 C化合成碳化物,按与碳的亲合力由弱到强排列为,Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Ti。
二、合金元素对 Fe－ Fe3C平衡图的影响
1．合金元素 对 奥氏体相区的影响 (81221)
二、合金元素对 Fe－ Fe3C平衡图的影响
1．合金元素 对奥氏体相区的影响 (81221)
（ 1） 扩大奥氏体区：合金元素如 Mn,Ni,Cu,N等 。
（ 2） 缩小奥氏体区：的合金元素如 Cr,Mo,Ti,Si等 。
2,合金元素对临界点和 S,E点位置的影响
合金元素一般使 Fe－ Fe3C平衡图的 S,E点位置向左移 。
三,合金无素对钢的热处理和力学性能的影响
1,合金元素对钢加热转变的影响
大多数合金钢需加热到更高的温度,并保温更长的时间 。
2,合金元素 对奥氏体冷却转变的影响
2,合金元素 对奥氏体冷却转变的影响
合金元素不同程度地提高过冷奥氏体的稳定性,使奥氏体等温转变图 （ C曲线 ） 右移,马氏体临界冷却速度
（ VK） 减小,从而提高钢的淬透性 。
3,合金元素对回火转变的影响
提高钢的耐回火性 （ 回火稳定性 ）
二次硬化,回火时若钢中含有较强碳化物形成元素 （ 如 W、
Mo,V） 较多时,在 500～ 600℃ 回火后,将析出极细的特殊碳化物,从而引起回火钢硬度升高的现象 。
综上所述,合金钢的力学性能比碳钢好,主要是因为合金元素提高了钢的淬透性和耐回火性,及细化奥氏体晶粒和使铁素体固溶强化的结果 。 所以,合金元素对钢的作用,
大多要通过热处理才能发挥出来,故合金钢多在热处理状态下使用 。
第二节 合金钢的分类
一,按主要用途分
1.合金结构钢,主要用于重要的机械零件和工程结构；
2.合金工具钢,主要用于重要的工模具；
3.特殊钢：具备特殊的物理或化学性能,用于有特殊要求的零件 。 如不锈钢,耐热钢等 。
二．按合金元素的含量分
1,低合金钢：钢中合金元素的质量分数总量不超过 5%；
2,中合金钢：钢中合金元素的质量分数总量为 （ 5～ 10）
%；
3,高合金钢：钢中合金元素的质量分数总量大于 10%。
三,按金相组织分
按正火处理后的组织可分为珠光体类钢,马氏体类钢,
贝氏体类钢,奥氏体类钢 。
按退火状态的组织可分为亚共析钢 （ 铁素体十珠光体 ）,
共析钢 （ 珠光体 ） 。,
第三节 合金结构钢
一,低合金结构钢 （ 普通低合金钢 ）
低合金结构钢,ωc=(0.10～ 0.25)%并含有少量 （ 多在
3%以下 ） 合金元素的普通低碳结构
– 钢 。 通常在热轧或正火状态下使用 。
常用牌号,16Mn,16表示平均含碳量为 0.16%左右,
Mn后无数字表示该元素的平均质量分数在 1.5%以下 。
这类钢成本低,产量大,主要用于较重要的工程结构,
如大桥,电视塔,车辆,船舶等 。
二,合金渗碳钢
合金渗碳钢：一般 ωc=(0.12～ 0.25)%,主加合金元素是能显著提高淬透性的元素 （ Mn,Cr,Ni,B等 ） 。
常用牌号,20CrMnTi,20表示平均含碳量为 0.20%左右,Cr,Mn,Ti后无数字表示该元素的平均质量分数在
1.5%以下 。
三,调质钢
合金调质钢一般 ωc=(0.25～ 0.5)%,主加合金元素是 Cr、
Ni,Si,Mn等 。
调质钢常用于制造要求综合力学性能好 （ 强韧并兼 ） 的各种重要零件,应用很广 。
常用牌号,40Cr,40表示平均含碳量为 0.40%左右,Cr
后无数字表示该元素的平均质量分数在 1.5%以下 。
四,合金弹簧钢
合金弹簧钢一般 ωc=(0.45～ 0.7)%,常加的合金元素是
Si和 Mn,有些弹簧钢中还加入 Cr,W,V等合金元素 。
五,滚动轴承钢
滚动轴承钢,ωc=(0.95～ 1.15)%,钢中加入铬增加钢的淬透性,对于大型轴承用钢,还加入 Si,Mn等,
常用牌号,GCrl5：,G”代表滚动轴承钢,Cr后面的数代表大约 ωcr的千分数,
六,易切削结构钢
易切钢牌号用,易,字汉语拼音首了母 Y起头,其后两位数为平均 Wc的万分数 。
第四节 合金工具钢和高速工具钢
一,量具刃具及冷作模具用合金工具钢
1,低合金工具钢
常用的低合金工具钢是 9SiCr,CrWMn和 9Mn2V。
9SiCr:用于制造要求淬火变形较小和刀刃细薄的低速切削工具,
尤其是板牙,丝锥,搓丝板和绞刀等 。
CrWMn钢其突出特点是淬火变形很小,故称为,微变形钢,。 主要用于制造要求淬火变形小的,较精密的低速切 削刀具,冷冲模具和耐磨零件 （ 如淬硬精密丝杠 ） 。
9Mn2V：部分代替 CrWMn钢和 T10A钢使用 。
低合金工具钢常用的热处理是：锻造后进行球比退火,加工成工具后进行淬火再低温回火 。
2,高合金工具钢
常用牌号,Cr12和 Cr12MoV
二,热作模具用合金工具钢
常用的热锻模具钢,5CrNiMo和 5CrMnMo。
常用的热挤压模和压铸模钢,3Cr2W8V。
三,高速工具钢 （ 高速钢 ）
1,高速钢的主要性能和化学成分
ωc=(0.55～ 0.9)%,主加合金元素为 W,Mo,V,Cr。
热硬性：钢在高温下保持高的硬度和耐磨性的能力 。
2,高速钢的 热处理 特点
2,高速钢的 热处理 特点
淬火温度很高,回火温度高和多次回火 。
3,高速钢的种类和应用
（ 1） 钨系高速钢：常用的牌号是 W18Cr4V（ 简称 18-4-
1钢 ）,热硬性高,淬火温度范围稍宽,磨削性好,适于制造一般的高速钢刀具 。
（ 2） 钨钼系高速钢：常用的牌号是 W6Mo5Cr4V2（ 6-
5-4-2钢 ）,热硬性,耐磨性与 W18Cr4V钢差不多,主要优点淬火回火后的强度,韧性比 W18Cr4V钢好,在
950～ 1100℃ 高温下的热塑性好,待别适于热轧,扭制等热加工成形的刃具 （ 如麻花钻 ） 和要求强度,韧性较高的工模具 。
（ 3 ） 超 硬 高 速 钢,常 用 牌 号 有 W18Cr4VCo5,
W12Cr4V5Co5,W6Mo5Cr4V2Co5等,热硬性超过普通高速钢 。 但大多强度和韧性较低,磨削性差,主要用于制造加工超高强度钢和特种合刃具 。
第五节 特殊性能钢
一,不锈钢
1,铬不锈钢 (马氏体型不锈钢 )
常用牌号有 1Cr13,2Cr13,3Cr13,3Crl3Mo等,
2,铬镍不锈钢 （ 18-8型不锈钢 ）
常用牌号,1Cr18Ni9,呈非铁磁性
铬镍不锈钢经约 1100℃ 固溶热处理 （ 俗称,淬火,） 后成为单相奥氏体,硬度比退火后还低,塑性更好,耐腐蚀性提高 。 所以,这类钢,淬火,不是为了提高强度,硬度,而是提高耐蚀性或降低硬度,改善塑性,以便于加工 。 这类钢强化的唯一方法是加工硬化 。
二,其他特殊钢简介
1,抗氧化钢和热强钢
抗氧化钢,ICr18Si2,1Al3Mn2MoWTi等都是这类钢 。
热强钢,不锈钢中的 Cr13型钢和 Cr18Ni9型钢都可作为热强钢
2,抗磨钢
高锰钢 ZGMn13 一般都铸造成零件,经水韧处理和磨削加工后使用 。 主要用来制造坦克,拖拉机履带,碎石机齿板,挖泥机挡板等承受高压,冲击及强烈磨损的零件 。
一、与 Fe和 C的作用
1,合金元素与 Fe的作用第八章 合金钢第一节 合金元素在钢中的作用
一、与 Fe和 C的作用
1．合金元素与 Fe的作用
大多数合金元素能溶入铁索体,形成合金铁素体,产生固溶强化,使铁素体的强度,硬度提高 。
2,元素与 C的作用
非碳化物形成元素溶入铁中形成固溶体,如 Ni,Co,Cu、
Al,Si等 ;
碳化物形成元素在钢中与 C化合成碳化物,按与碳的亲合力由弱到强排列为,Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Ti。
二、合金元素对 Fe－ Fe3C平衡图的影响
1．合金元素 对 奥氏体相区的影响 (81221)
二、合金元素对 Fe－ Fe3C平衡图的影响
1．合金元素 对奥氏体相区的影响 (81221)
（ 1） 扩大奥氏体区：合金元素如 Mn,Ni,Cu,N等 。
（ 2） 缩小奥氏体区：的合金元素如 Cr,Mo,Ti,Si等 。
2,合金元素对临界点和 S,E点位置的影响
合金元素一般使 Fe－ Fe3C平衡图的 S,E点位置向左移 。
三,合金无素对钢的热处理和力学性能的影响
1,合金元素对钢加热转变的影响
大多数合金钢需加热到更高的温度,并保温更长的时间 。
2,合金元素 对奥氏体冷却转变的影响
2,合金元素 对奥氏体冷却转变的影响
合金元素不同程度地提高过冷奥氏体的稳定性,使奥氏体等温转变图 （ C曲线 ） 右移,马氏体临界冷却速度
（ VK） 减小,从而提高钢的淬透性 。
3,合金元素对回火转变的影响
提高钢的耐回火性 （ 回火稳定性 ）
二次硬化,回火时若钢中含有较强碳化物形成元素 （ 如 W、
Mo,V） 较多时,在 500～ 600℃ 回火后,将析出极细的特殊碳化物,从而引起回火钢硬度升高的现象 。
综上所述,合金钢的力学性能比碳钢好,主要是因为合金元素提高了钢的淬透性和耐回火性,及细化奥氏体晶粒和使铁素体固溶强化的结果 。 所以,合金元素对钢的作用,
大多要通过热处理才能发挥出来,故合金钢多在热处理状态下使用 。
第二节 合金钢的分类
一,按主要用途分
1.合金结构钢,主要用于重要的机械零件和工程结构；
2.合金工具钢,主要用于重要的工模具；
3.特殊钢：具备特殊的物理或化学性能,用于有特殊要求的零件 。 如不锈钢,耐热钢等 。
二．按合金元素的含量分
1,低合金钢：钢中合金元素的质量分数总量不超过 5%；
2,中合金钢：钢中合金元素的质量分数总量为 （ 5～ 10）
%；
3,高合金钢：钢中合金元素的质量分数总量大于 10%。
三,按金相组织分
按正火处理后的组织可分为珠光体类钢,马氏体类钢,
贝氏体类钢,奥氏体类钢 。
按退火状态的组织可分为亚共析钢 （ 铁素体十珠光体 ）,
共析钢 （ 珠光体 ） 。,
第三节 合金结构钢
一,低合金结构钢 （ 普通低合金钢 ）
低合金结构钢,ωc=(0.10～ 0.25)%并含有少量 （ 多在
3%以下 ） 合金元素的普通低碳结构
– 钢 。 通常在热轧或正火状态下使用 。
常用牌号,16Mn,16表示平均含碳量为 0.16%左右,
Mn后无数字表示该元素的平均质量分数在 1.5%以下 。
这类钢成本低,产量大,主要用于较重要的工程结构,
如大桥,电视塔,车辆,船舶等 。
二,合金渗碳钢
合金渗碳钢：一般 ωc=(0.12～ 0.25)%,主加合金元素是能显著提高淬透性的元素 （ Mn,Cr,Ni,B等 ） 。
常用牌号,20CrMnTi,20表示平均含碳量为 0.20%左右,Cr,Mn,Ti后无数字表示该元素的平均质量分数在
1.5%以下 。
三,调质钢
合金调质钢一般 ωc=(0.25～ 0.5)%,主加合金元素是 Cr、
Ni,Si,Mn等 。
调质钢常用于制造要求综合力学性能好 （ 强韧并兼 ） 的各种重要零件,应用很广 。
常用牌号,40Cr,40表示平均含碳量为 0.40%左右,Cr
后无数字表示该元素的平均质量分数在 1.5%以下 。
四,合金弹簧钢
合金弹簧钢一般 ωc=(0.45～ 0.7)%,常加的合金元素是
Si和 Mn,有些弹簧钢中还加入 Cr,W,V等合金元素 。
五,滚动轴承钢
滚动轴承钢,ωc=(0.95～ 1.15)%,钢中加入铬增加钢的淬透性,对于大型轴承用钢,还加入 Si,Mn等,
常用牌号,GCrl5：,G”代表滚动轴承钢,Cr后面的数代表大约 ωcr的千分数,
六,易切削结构钢
易切钢牌号用,易,字汉语拼音首了母 Y起头,其后两位数为平均 Wc的万分数 。
第四节 合金工具钢和高速工具钢
一,量具刃具及冷作模具用合金工具钢
1,低合金工具钢
常用的低合金工具钢是 9SiCr,CrWMn和 9Mn2V。
9SiCr:用于制造要求淬火变形较小和刀刃细薄的低速切削工具,
尤其是板牙,丝锥,搓丝板和绞刀等 。
CrWMn钢其突出特点是淬火变形很小,故称为,微变形钢,。 主要用于制造要求淬火变形小的,较精密的低速切 削刀具,冷冲模具和耐磨零件 （ 如淬硬精密丝杠 ） 。
9Mn2V：部分代替 CrWMn钢和 T10A钢使用 。
低合金工具钢常用的热处理是：锻造后进行球比退火,加工成工具后进行淬火再低温回火 。
2,高合金工具钢
常用牌号,Cr12和 Cr12MoV
二,热作模具用合金工具钢
常用的热锻模具钢,5CrNiMo和 5CrMnMo。
常用的热挤压模和压铸模钢,3Cr2W8V。
三,高速工具钢 （ 高速钢 ）
1,高速钢的主要性能和化学成分
ωc=(0.55～ 0.9)%,主加合金元素为 W,Mo,V,Cr。
热硬性：钢在高温下保持高的硬度和耐磨性的能力 。
2,高速钢的 热处理 特点
2,高速钢的 热处理 特点
淬火温度很高,回火温度高和多次回火 。
3,高速钢的种类和应用
（ 1） 钨系高速钢：常用的牌号是 W18Cr4V（ 简称 18-4-
1钢 ）,热硬性高,淬火温度范围稍宽,磨削性好,适于制造一般的高速钢刀具 。
（ 2） 钨钼系高速钢：常用的牌号是 W6Mo5Cr4V2（ 6-
5-4-2钢 ）,热硬性,耐磨性与 W18Cr4V钢差不多,主要优点淬火回火后的强度,韧性比 W18Cr4V钢好,在
950～ 1100℃ 高温下的热塑性好,待别适于热轧,扭制等热加工成形的刃具 （ 如麻花钻 ） 和要求强度,韧性较高的工模具 。
（ 3 ） 超 硬 高 速 钢,常 用 牌 号 有 W18Cr4VCo5,
W12Cr4V5Co5,W6Mo5Cr4V2Co5等,热硬性超过普通高速钢 。 但大多强度和韧性较低,磨削性差,主要用于制造加工超高强度钢和特种合刃具 。
第五节 特殊性能钢
一,不锈钢
1,铬不锈钢 (马氏体型不锈钢 )
常用牌号有 1Cr13,2Cr13,3Cr13,3Crl3Mo等,
2,铬镍不锈钢 （ 18-8型不锈钢 ）
常用牌号,1Cr18Ni9,呈非铁磁性
铬镍不锈钢经约 1100℃ 固溶热处理 （ 俗称,淬火,） 后成为单相奥氏体,硬度比退火后还低,塑性更好,耐腐蚀性提高 。 所以,这类钢,淬火,不是为了提高强度,硬度,而是提高耐蚀性或降低硬度,改善塑性,以便于加工 。 这类钢强化的唯一方法是加工硬化 。
二,其他特殊钢简介
1,抗氧化钢和热强钢
抗氧化钢,ICr18Si2,1Al3Mn2MoWTi等都是这类钢 。
热强钢,不锈钢中的 Cr13型钢和 Cr18Ni9型钢都可作为热强钢
2,抗磨钢
高锰钢 ZGMn13 一般都铸造成零件,经水韧处理和磨削加工后使用 。 主要用来制造坦克,拖拉机履带,碎石机齿板,挖泥机挡板等承受高压,冲击及强烈磨损的零件 。
